科学家们近期揭示了细胞层面的“蓝图”，有望在未来实现牙齿的自然再生。

日本东京大学的研究团队发现，有两种独特的干细胞谱系在牙根和周围牙槽骨的形成中发挥着核心作用。通过研究基因改造小鼠并追踪单个细胞随时间的发育，该团队揭示了指导干细胞在牙齿生长过程中特化的关键信号传导过程。这些发现为未来旨在再生牙齿和支持骨骼的治疗奠定了基础。

长期以来，缺失牙齿的修复一直依赖于人工解决方案，如种植体和义齿。尽管这些方法有效，但它们无法完全匹配天然牙齿的结构、功能或自然感受。多年来，科学家们一直致力于理解牙齿最初是如何形成的，希望能找到自然再生牙齿的方法。

这项挑战是复杂的。牙齿发育依赖于多种细胞类型和组织之间紧密协调的相互作用，包括牙髓、牙釉质器官和颌骨中的成骨细胞。这些组分通过复杂的信号网络进行沟通，精确控制牙齿从牙冠到牙根的每个部分的形成。尽管经过数十年的研究，这一过程的许多细节仍不清楚。

为了弥补这些知识空白，由日本东京大学医齿学研究生院牙周病学系助理教授Mizuki Nagata和美国德克萨斯大学休斯顿健康科学中心的Wanida Ono博士共同领导的团队，与美国密歇根大学及其他机构的合作者，开展了两项关于干细胞在牙齿发育过程中如何分化的相关研究。研究成果发表在《自然通讯》期刊上。

研究人员利用基因工程小鼠和先进的谱系追踪方法，追踪了生长中牙根“尖端”（根尖区）细胞的行为。高分辨率显微镜、荧光标记和基因沉默等技术使他们能够观察到特定信号蛋白如何影响干细胞最终分化成的细胞类型。

该团队识别出了一组此前未知的间充质干细胞，它们分化为两条独立的发育路径。其中一个谱系与牙根的形成紧密相关，而另一个则有助于构建将牙齿固定在位的牙槽骨。

第一个谱系起源于根尖乳头，这是位于发育中牙根尖端上皮根鞘内的一个软组织区域。这些细胞产生CXCL12，一种已知在骨髓骨形成中发挥作用的蛋白质。通过经典的Wnt信号通路，这些表达CXCL12的细胞可以分化成几种不同的细胞类型。它们可以形成成牙本质细胞（在牙齿中生成牙本质），以及成牙骨质细胞（生成牙根外层）。在再生条件下，它们甚至可以发育成生成牙槽骨的成骨细胞。

第二个谱系存在于牙囊中，这是一个包围发育中牙齿并有助于形成其支持组织的囊状结构。在该区域内，研究人员识别出表达甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP）的细胞。这些细胞能够分化为成牙骨质细胞、韧带成纤维细胞和形成牙槽骨的成骨细胞。

然而，这种转化并非自动发生，它取决于特定的分子条件。正如Nagata教授所解释的：“我们观察到，Hedgehog–Foxf通路需要被抑制，才能驱动牙囊中PTHrP表达细胞的牙槽骨成骨细胞命运，这揭示了一种独特的牙齿特异性骨形成机制，需要Hedgehog信号的精确开关调控。”

总而言之，这些发现更清晰地描绘了牙齿及其支持骨骼在体内是如何发育的。通过绘制这两个干细胞谱系的作用及其指导信号，研究人员现在拥有了一个更强大的框架来理解牙根的形成。

Nagata教授强调了其更广泛的影响，他指出：“我们的发现为牙根形成提供了机制框架，并为牙髓、牙周组织和骨骼的创新性干细胞再生疗法铺平了道路。”

这两项研究分别以“Wnt-directed CXCL12-expressing apical papilla progenitor cells drive tooth root formation”和“A Hedgehog–Foxf axis coordinates dental follicle-derived alveolar bone formation”为题发表。